DE3138766C2

DE3138766C2 - Process for the production of high-voltage insulation on winding elements of electrical machines

Info

Publication number: DE3138766C2
Application number: DE19813138766
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing.(grad.) 1000 Berlin Sperling
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-09-26
Filing date: 1981-09-26
Publication date: 1983-08-18
Also published as: DE3138766A1

Abstract

Zur Vereinfachung eines Verfahrens zur Herstellung von Hochspannungsisolierungen auf Wicklungselementen elektrischer Maschinen aus gewickelten, harzreichen, wärmehärtbaren, glimmerhaltigen Prepregbändern werden die isolierten Wicklungselemente durch einen Vakuumprozeß in einem Vakuumrezipienten entlüftet und entgast, danach unter Aufrechterhaltung des Vakuums mit einer Absperrflüssigkeit von niedrigem Dampfdruck und höherem Siedepunkt vollständig überdeckt, anschließend durch Belüften des Rezipienten oder Überdruckgabe hohlraumfrei druckverdichtet und abschließend außerhalb der Absperrflüssigkeit unter Normaldruck oder Überdruck wärmegehärtet. Eine Imprägnierung der isolierten Wicklungselemente ist dadurch nicht mehr erforderlich.To simplify a process for the production of high-voltage insulation on winding elements of electrical machines from wound, resin-rich, thermosetting, mica-containing prepreg tapes, the insulated winding elements are vented and degassed by a vacuum process in a vacuum recipient, then completely with a shut-off liquid of low vapor pressure and higher boiling point while maintaining the vacuum covered, then by ventilating the recipient or applying overpressure, pressure-compacted without cavities and finally heat-cured outside the shut-off liquid under normal pressure or overpressure. Impregnation of the insulated winding elements is no longer necessary.

Description

ψ Im folgenden soll das Verfahren nach der Erfindung ψ In the following the method according to the invention

|i an Hand von beispielhaften Einrichtungen zur Durch- f, führung des Verfahrens näher erläutert werden. Die P; Zeichnung zeigt in| f i on the basis of exemplary devices for transit, carrying out the method are explained in detail. The P; Drawing shows in

Ai F i g. 1 die Anwendung des Verfahrens nach der Ai F i g. 1 the application of the procedure according to

;ΐ Erfindung zur Herstellung der Hochspannungsisolierung eines Gitterstabes (Roebelstabes), bei dem zum; ΐ Invention for the production of high voltage insulation a lattice bar (Roebel bar), in which to

^:v; Schutz vor einbrechender Luft nach der Vakuumbevi handlung eine Absperrflüssigkeit benutzt wird. ^{: v} ; A shut-off liquid is used to protect against the ingress of air after the vacuum treatment.

F i g. 2 die Anwendung des gleichen Verfahrensprin-.· < zips unter Benutzung eines Folienschlauches anstelle der Absperrflüssigkeit.F i g. 2 the application of the same procedural principle. <zips using a film tube instead of the sealing liquid.

Ein Gitterstab 1 wird zuvor im gestreckten Zustand in seinem Nutteil beispielsweise durch in der Wärme gehärtete Prepregstreifen vorverfestigt. Anschließend werden die unverfestigten Schenke! des Gitterstabes abgebogen und geformt Dann erfolgt das Isolieren des Gitterstabes mit harzreichen, wärmehärtbaren, glimmerhaltigen Prepregbändern. Bei Gitterstäben für höhere Nennspannungen kann zuvor noch ein Innenglimmschutzband angebracht werden. Über die vollständige Nuthauptisoiierung wird abschließend »n Nutlänge ebenfalls ein leitfähiges Außenglimmschutzband und darüber über die gesamte Stabhauptisolierung eine Trennfolie gewickelt.A lattice bar 1 is previously in the stretched state in its groove part, for example by in the heat hardened prepreg strips preconsolidated. Then the unconsolidated tavern! of the bars bent and shaped Then the bars are insulated with resin-rich, thermosetting, micaceous prepreg tapes. In the case of bars for higher nominal voltages, an internal corona protection tape can be used beforehand be attached. In conclusion, »n Groove length also a conductive outer corona protection tape and over it over the entire rod main insulation wrapped in a release liner.

Der so vorbereitete isolierte Gitterstab 1 wird dann in eine offene Blechwanne 2 gelegt und gemäß F i g. 1 in einen Vskuumrezipienten 3 eingebracht. Der Vakuumrezipient 3 ist über eine Rohrleitung 4 und ein Ventil 5 so mit einem Harzvorratsbehälter 6 verbunden, daß flüssige, latent beschleunigte, in der Wärme härtbare Harzmasse aus dem Harzvorratsbehälter 6 in die , Wanne 2 geflutet werden kann. Nach Schließen des Rezipientendeckels 7 beginnt der Evakuierungsprozeß mittels einer Vakuumpumpe 8 über ein Absperrventil 9, einen Abscheider 10, ein weiteres Absperrventil 11 und eine Vakuum-Saugleitung 12, wobei der Rezipienteninnendruck über ein Vakuummeter 13 angezeigt wird. Der Entlüftungs- und Entgasungsprozeß der Prepregisolierung des Gitterstabes 1 erfolgt unter meßtechnischer Überwachung bis auf das gewünschte Mindestmaß. Als Arbeitstemperatur während des Evakuierungsvorganges wird je nach Konsistenz des vei wendeten Prepregwickelbandes eine Temperatur gewählt, die zwischen der Raumtemperatur und einer Temperatur liegt, bei der noch kein Anreagieren des aktivierten Prepregbandbindemittels erfolgt.The insulated lattice bar 1 prepared in this way is then placed in an open sheet metal tub 2 and, as shown in FIG. 1 in a vacuum recipient 3 is introduced. The vacuum recipient 3 is via a pipe 4 and a valve 5 so connected to a resin reservoir 6 that liquid, latently accelerated, curable in the heat Resin mass from the resin storage container 6 can be flooded into the tub 2. After closing the Recipient cover 7 begins the evacuation process by means of a vacuum pump 8 via a shut-off valve 9, a separator 10, a further shut-off valve 11 and a vacuum suction line 12, the recipient internal pressure is displayed via a vacuum meter 13. The venting and degassing process of prepreg insulation of the bar 1 is carried out under metrological monitoring down to the desired minimum. as Working temperature during the evacuation process depends on the consistency of the used Prepreg winding tape selected a temperature between room temperature and a temperature at which the activated prepreg tape binder does not yet react.

Nach vollständiger Entlüftung und Entgasung der Prepregisolierung wird unter Aufrechterhaltung des Vakuums im Rezipienten 3 die als Absperrflüssigkeit dienende Harzmasse aus dem Vorratsbehälter 6 über Ventil 5 und Leitung 4 in die Blechwanne 2 bis zur völligen Bedeckung des isolierten Gitterstabes 1 hinübergeflutet. Ist der isolierte Stab 1 dann unter einer geschlossenen Harzoberfläche vollständig eingetaucht, wird der Evakuierungsprozeß beendet und der Rezipient 3 auf Atmosphärendruck mit Luft geflutet oder darüber hinaus unter Überdruck gesetzt. Die Absperrflüssigkeit von niedrigem Dampfdruck und höherem Siedepunkt dient hierbei zum Schutz gegen einbrechende Luft in die entlüftete und entgaste Isolierung bei Belüftung bzw. Überdruckgabe des Rezipienten und gleichzeitig als druckübertragendes Medium. Nach kurzer Verweilzeit des isolierten Stabes 1 im Harzbad, während welcher die Isolierung hohlraumfrei druckverdichtet wurde, wird dns Harz mit Atmosphürendruck aus der Wanne 2 wieder in den auf Unterdruck gefahrenen Vorratsbchiil.cr 6 vollständig zurückgedrückt Die Viskosität des Harzes ist hierbei nur insoweit von Bedeutung, als sie eine bestimmte Flutungsgeschwindigkeit des Harzes ermöglichen muß. Die Trennfolie schließt eine Harzbenetzung der Stabaußenflächen aus, so daß der Stab 1 nach Ablauf des Harzes nahezu »trocken« erscheint Der Unterdruck im Harzvorratsbehälter 6 wird über eine Saugleitung 14 und ein Absperrventil 15 hergestellt und an einem Vakuummeter 16 angezeigt Mit 17, 18 und 19 sind Belüftungsventile bezeichnet.After the prepreg insulation has been completely vented and degassed, the Vacuum in the recipient 3, the resin mass serving as a shut-off liquid from the storage container 6 Valve 5 and line 4 in the sheet metal tub 2 until the insulated lattice bar 1 is completely covered flooded over. If the insulated rod 1 is then completely immersed under a closed resin surface, the evacuation process is ended and the recipient 3 is flooded with air to atmospheric pressure or in addition, pressurized. The shut-off liquid of low vapor pressure and higher The boiling point serves to protect against the ingress of air into the vented and degassed insulation Ventilation or overpressure delivery of the recipient and at the same time as a pressure-transmitting medium. To short residence time of the insulated rod 1 in the resin bath, during which the insulation compresses without voids was, the resin with atmospheric pressure from the tub 2 is again in the negative pressure Driven Vorratsbchiil.cr 6 completely pushed back The viscosity of the resin is only here of importance insofar as it must allow a certain flow rate of the resin. The release film excludes resin wetting of the rod outer surfaces, so that the rod 1 after the expiry of the Resin appears almost “dry”. The negative pressure in the resin storage container 6 is via a suction line 14 and a shut-off valve 15 is made and indicated on a vacuum gauge 16 at 17, 18 and 19 respectively Ventilation valves called.

Nach vollständiger Entfernung des Harzes aus der Wanne 2 wird der Stab 1 aus der Wanne 2 herausgenommen und in ein Härtungsgestet! eingelegt, wobei der Nutteil des Stabes 1 zwischen maßkalibrierenden Spannelementen und die Schenkel des Stabes 1 ohne zusätzliche Preß- und Formgebungsbeilagen in Halteelementen befestigt werden, welche die spätere Endlage der Schenkel und der Schaltenden bestimmen. Abschließend erfolgt der Aushärtungsprozeß in der Wärme unt^r Normalluftdruck bzw. unter Gas- oder Luftüberdruck.After the resin has been completely removed from the tub 2, the rod 1 is removed from the tub 2 taken out and put in a hardening test! inserted, the groove part of the rod 1 between dimensional calibrating Clamping elements and the legs of the rod 1 without additional pressing and shaping supplements in Retaining elements are attached, which determine the subsequent end position of the legs and the switching ends. Finally, the curing process takes place in the heat under normal air pressure or under gas or gas Air pressure.

Fig. 2 erläutert die Anwendung äes gleichen Verfahrensprinzips unter Benutzung eines Folienschlauches 20 anstelle der Absperrflüssigkeit zum Schutz vor einbrechender Luft nach der Vakuumbehandlung vor abgeschlossener Druckverdichtung der Prepregbandisolierung. Der isolierte Stab 1 mit umgebendem Folienschlauch 20 wird in einen Vakuumrezipienten 21 mit Deckel 22 und Vakuummeter 23 eingebracht und auf Stützen 24 abgelegt. Der vollständig verschweißte und somit geschlossene Folienschlauch 20 ist über eine durch den Rezipienten 21 hindurchgeführte Saugleitung 25, einen Abscheider 26, ein Absperrventil 27 und ein Belüftungsventil 28 an eine Vakuumpumpe 29 angeschlossen. Mit 30 ist ein weiteres Belüftungsventil und mit 31 eine Vakuummeter bezeichnet. Der Rezipient 21 hat einen eigenen Sauganschluß über eine Saugleitung 32, einen Abscheider 33, ein Absperrventil 34 und ein Belüftungsventil 35 an eine zweite Vakuumpumpe 36. Nach Schließen des Rezipientendeckels 22 werden der Rezipient 21 und der Folienschlauch 20 gleichzeitig mitteis der beiden Vakuumpumpen 29 und 36, die etwa gleich niedrige Enddrücke erreichen, evakuiert. Dabei bläht sich der Folienschlauch 20 leicht zu etwa kreisförmigem Querschnitt unter dem Druck der aus der Prepregbandisolierung entweichenden Lageluft der Restlösungsmittel aus dem Prepregbindeharz auf. Der gesperrte Folienschlauch 20 ermöglicht leicht das Absaugen dieser flüchtigen Bestandteile aus der Isolierung. Mit zunehmender Pumpdauer geht die Blähung des Folienschlauches 20 mehr und mehr zurück. Liegt der Folienschlauch 20 schließlich nur noch locker auf dem isoliereten Stab 1 auf, so herrscht etwa Druck;^Tlcichheit innerhalb und außerhalb des Folienschlauches 20, d. h. wie im Rezipienten 21. Die Entlüftung und Entgasung der Prepregisolievung sind damit beendet.2 explains the application of the same process principle using a film tube 20 instead of the sealing liquid to protect against the ingress of air after the vacuum treatment before the pressure compaction of the prepreg tape insulation has been completed. The insulated rod 1 with surrounding film tube 20 is introduced into a vacuum recipient 21 with cover 22 and vacuum gauge 23 and placed on supports 24. The completely welded and thus closed film tube 20 is connected to a vacuum pump 29 via a suction line 25 passed through the recipient 21, a separator 26, a shut-off valve 27 and a ventilation valve 28. A further ventilation valve is designated by 30 and a vacuum meter is designated by 31. The recipient 21 has its own suction connection via a suction line 32, a separator 33, a shut-off valve 34 and a ventilation valve 35 to a second vacuum pump 36. After the recipient cover 22 is closed, the recipient 21 and the film tube 20 are simultaneously in the middle of the two vacuum pumps 29 and 36 that reach about the same low final pressures, evacuated. The film tube 20 inflates slightly to an approximately circular cross section under the pressure of the layer air escaping from the prepreg tape insulation of the residual solvents from the prepreg binding resin. The blocked film tube 20 allows these volatile constituents to be easily sucked out of the insulation. As the pumping time increases, the inflation of the film tube 20 decreases more and more. If the film tube 20 finally rests only loosely on the insulated rod 1, there is approximately pressure; ^T lcichheit inside and outside the film tube 20, ie as 21 in the recipient Venting and degassing of Prepregisolievung are completed.

Hiernach erfolgt Belüftung oder Überdruckgabe im Rezipienten 21 bei weiterem Evakuieren des Folienschlauches 20. Letzterer wird dabei unter dem Atmosphäreiidruck bzw, Überdruck fest auf die Oberfläche des Stabes 1 aufgedrückt und dichte·: damit gegen Lufteinbruch ab. Der äußere Druck verdichtet die Prepregisolierung hohlraumfrei. Nach kurzer Einwirkdauer des äußeren Druckes wird der Rezipientendeckel 22 geöffnet, der Stab I mit Folienschlauch 20 von der Saugleitung 25 getrennt, der Folienschlauch 20 geöffnet und der isolierte, druckverdichtete Stab I herausgenom-This is followed by ventilation or overpressure transfer in the recipient 21 with further evacuation of the film tube 20. The latter is fixed to the atmospheric pressure or overpressure Surface of the rod 1 pressed on and seal ·: thus against the ingress of air. The external pressure condenses them Prepreg insulation void-free. After a short period of exposure to the external pressure, the recipient lid is opened 22 opened, the rod I with the film tube 20 separated from the suction line 25, the film tube 20 opened and the isolated, compressed rod I removed

men. Anschließend wird der Stab I einer Wannehiir-Uing. wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 erläutert, zugeführt.men. Then the staff I becomes a Wannehiir-Uing. as already in connection with FIG. 1 explained, supplied.

Neben einer bedeutenden Vereinfachung des Verfahrens ergibt sich durch die Erfindung der weitere wesentliche Vorteil, clal.1 eine Imprägnierung tier isolierten Wickkingselemente nicht mehr erforderlich ist. Die Isolierung bestellt einheitlich aus einer harzreichen, in der Wurme härtbaren Glimmerband-Isolierung. In addition to a significant simplification of the method, the invention results in another essential advantage, clal.1 an impregnation tier isolated winding elements is no longer required. The insulation ordered uniformly from one Resin-rich mica tape insulation that can be hardened in the worm.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of high-voltage insulation on electrical winding elements Machines made from wound, resin-rich, thermosetting, mica-containing prepreg tapes using a vacuum pressure treatment, characterized in that the insulated Winding elements vented and degassed by a vacuum process in a vacuum recipient, then while maintaining the vacuum with a shut-off liquid of low vapor pressure and higher boiling point completely covered, then by venting the recipient or Upper pressure application, pressure-compressed without voids and finally below the shut-off liquid outside Normal pressure or positive pressure can be thermoset.

2. The method according to claim 1, characterized in that that as a shut-off liquid, a latently accelerated, storage-stable at room temperature, in the heat curable EP impregnating resin compound is used.

3. Process for the production of high-voltage insulation on electrical winding elements Machines made from wound, resin-rich, thermosetting, mica-containing prepreg tapes Use of a vacuum pressure treatment, characterized in that

that the insulated winding elements are tightly sealed in a film tube having a suction connection be welded in,

that the winding elements surrounded by the film tube are introduced into a vacuum tube and the suction connection of the film tube with suction feedthrough through the vacuum recipient is connected to a vacuum pump,
that the vacuum container and the film tube are vented and degassed at the same time, but via separate vacuum pumps

and that for cavity-free pressure compression of the winding elements after the end of the vacuum process only the vacuum recipient is ventilated or pressurized while in the film tube the vacuum is maintained.

4. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the vacuum process is dependent on the consistency of the prepreg winding tape used between room temperature and one Temperature is carried out at which the activated prepreg tape binder does not yet react he follows.

5. The method according to any one of the preceding claims for the production of high-voltage insulation on bars (Roebel bars), characterized in that the bars (Roebel bars) in their groove part between dimensionally calibrating clamping elements and the rod legs without additional Press and shaping inserts are hardened in a hardening frame in the heat.

6. The method according to any one of claims 1 to 4 for the production of high-voltage insulation Two-layer preformed coils, characterized in that the two-layer preformed coils in their slot area in dimensionally calibrating clamping elements or as completely in the grooves of the stator core inserted winding can be cured in the heat.

The invention relates to a method for producing high-voltage insulation on winding elements electrical machines according to the preamble of claim 1.

The production of high-voltage insulation on conductor bundles or winding elements (coils and Rods) through tape or wide web insulation with resin-rich, mica-containing, hardenable prepreg materials and their subsequent pressing, shaping and hardening in hot pressing has been one for decades known and proven practice. However, it requires a great deal of precision to be consistent to achieve good results with regard to the dielectric quality of the winding insulation. Here are the Prepreg material quality to be applied, the pressing process management and the temperature distribution in the hot press during the pressing and curing process vital. During the pressing process, the between the individual prepreg layers trapped ply air and residual solvents contained in the prepreg binder resin which are volatile at the pressing temperature For the most part washed out with excess, squeezed out binder resin. Leftovers remain pressed in and finely distributed in the hardened insulation and can retain the good dielectric properties such an insulation may have an unfavorable effect. This process is manufacturing engineering z. T. prone to failure and requires despite the possibility of Pressing several winding turns in one pressing process an increased production time.

From DE-PS 21 17 016 is an insulation method for the conductor or conductor bundle of electrical machines known, in which the groove areas of the winding elements with resin-rich, mica-containing insulating tapes, the winding head areas, on the other hand, are insulated with low-resin, absorbent mica bearids. To The winding elements are installed in the grooves of the stator core by vacuum / pressure impregnation the entire winding with a solvent-free, accelerated impregnation resin that so coordinated with the binding resin of the resin-rich insulating tapes wound in the groove area must be that both chemically react well with each other and have the same process properties (curing time, Curing temperature, simultaneous reaching of the viscosity minimum during the curing process etc.). For the necessary impregnation between the conductor bundle and the resin-rich main slot insulation The impregnating resin compound to be used must also have a minimum viscosity in the impregnation phase Achieve, the impregnation by the wicking effect of a wound around the conductor bundle Fabric tape is improved.

From DE-AS 11 33 812 it is in connection with known as a vacuum treatment, a low-viscosity sealant as a shut-off liquid at non-simultaneous Use impregnation of the groove part and winding head.

The object of the invention is to provide a simple, rationally designed method in the production process Specify the manufacture of high-voltage insulation on winding elements of electrical machines.

In a method of the type specified at the outset, this object is achieved by the method described in claim 1 characterized features or solved by the features characterized in claim 3.

Advantageous further developments are characterized in the remaining claims.